Sciencemag.cz
Doporučujeme
Lékaři a vědci mají při pokusu nahlédnout do nitra živé tkáně dvě hlavní možnosti: optickou mikroskopii a zobrazení magnetickou rezonancí. Jde vlastně o volbu mezi hloubkou obrazu a jeho ostrostí. Optický mikroskop podporuje rozlišení pod mikrometr, ale světlo zase bez rozptylu pronikne maximálně tak milimetr. Magnetická rezonance využívá rádiové záření pronikající celým tělem, ale zase s rozlišením jen kolem milimetru.
Vědci nyní připravili speciální miniaturní částice na bázi diamantu. Tyto stopovací látky mohou poskytovat informace prostřednictvím MRI a optické fluorescence současně, což potenciálně umožňuje vědcům získat vysoce kvalitní snímky až do centimetru pod povrchem tkáně, tedy 10krát hlouběji, než by dosáhlo samotné světlo. Navíc „dvě techniky v jedné“ jsou oproti jejich kombinaci rychlejší. Ashok Ajoy z University of California v Berkeley a jeho kolegové uvádějí, že základem stopovací látky jsou mikrodiamanty, v nichž jsou některé atomy uhlíku v krystalu nahrazeny dusíkem. Tato tzv. dusíková vakance dává diamantu řadu speciálních vlastností, například po zasažení laserem dochází u krystalu k fluorescenci.
Takové diamanty se již jako stopovací látky používají. Nový postup navíc spoléhá na izotop uhlíku 13C. Toho bývá v diamantech normálně kolem 1 %, použité mikrokrystaly jsou ovšem o tento izotop obohaceny. Tato jádra se pak snadněji polarizují ve stejnou dobu, kdy dochází v fluorescenci (i zde přitom hrají roli sousední atomy dusíku), a poskytují signál pro MRI. Hyperpolarizované diamanty tak lze výsledně detekovat jak opticky – kvůli fluorescencenci na dusíku – tak i v rádiových frekvencích – kvůli spinové polarizaci uhlíku 13C.
Obecně hyperpolarizace umožňuje mnohem silnější signál pro MRI. Tím lze dosáhnout jak vyššího rozlišení, tak je na druhé straně ke stejnému výsledku třeba použít jen slabších magnetů. Silné magnety jsou drahé, navíc při zobrazování lidského těla je bezpečná síla magnetického pole omezená. Běžné nemocniční přístroje pro MRI používají magnetické pole o intenzitě asi 1,5 tesla. Efektivně polarizované atomy uhlíku 13C ve výše popsané metodě pak fungují tak, jako by intenzita pole byla větší o 3 řády.
Na konkrétní místa v buňkách/tkáním mohou být mikrodiamanty dopraveny např. pomocí protilátek; i tento postup se již spolu s fluorescenčními stopovacími látkami používá.
Xudong Lv et al., „Background-free dual-mode optical and 13C magnetic resonance imaging in diamond particles,“ PNAS (2021). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2023579118
Zdroj: University of California – Berkeley / Phys.org
